Anxious Albatross
Проверенный
Ученые предложили комплексный подход к исследованию пластов сложных газовых месторождений в Арктике: они объединили геомеханические методы с цифровой рентгеновской томографией и 3D-моделированием, чтобы точно определить условия разрушения пород вокруг скважин и подобрать оптимальные параметры борьбы с выносом в них песка. Результаты помогут российским нефтегазовым компаниям снизить аварийность и повысить эффективность добычи на месторождениях Арктики. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering.
Арктические месторождения газа часто сложены слабыми песчаниками, которые легко разрушаются при добыче. Когда из скважины отбирают газ, давление в продуктивном пласте месторождения оказывается выше, чем внутри скважины. За счет этой разницы газ поступает в скважину, но одновременно возрастают напряжения, действующие на ее стенках. В результате при определенных условиях происходит разрушение породы и вынос образовавшегося песка и обломков в скважину. Это приводит к авариям, износу подземного и наземного оборудования, систем сбора и подготовки газа, а также необходимости очистки газа от примесей и вынесенных твердых частиц.
До сих пор точно предсказать, при каких нагрузках начинается разрушение, было сложно: стандартные испытания не позволяли воспроизвести реальные неравномерные напряжения, которые возникают на стенках скважины.
Ученые из Института проблем механики имени А.Ю. Ишлинского РАН (Москва) воспроизвели в лаборатории точную «геометрию» напряжений, которые возникают на стенках газовых скважин. Для этого специалисты исследовали образцы пород-песчаников из месторождения в российской Арктике с помощью нескольких методов.
Авторы изучили образцы на уникальной установке истинно трехосного нагружения, позволяющей создавать в кубических образцах породы реальные напряжения, которые возникают на стенке скважины при изменении давления в ней.
Дополнительно исследователи провели эксперименты с образцами, в центре которых просверлили сквозное отверстие: таким образом изучали, как происходит вынос песка из породы в скважину, а также измеряли объем и размеры его частиц. Оказалось, что из пласта выносятся не только отдельные зерна (средний размер около 0,08 миллиметров), но и фрагменты породы размером до 0,35 миллиметров. На основе этих данных ученые подобрали оптимальный размер набивки фильтров, которые устанавливаются внутри скважины, чтобы надежно удерживать как отдельные зерна, так и более крупные обломки.
До и после испытаний образцы сканировали на высокоразрешающем микротомографе. Полученные с его помощью 3D-двойники реальных образцов позволили увидеть внутреннюю структуру породы, проследить, как зарождаются и в каких направлениях растут трещины, и сопоставить геометрию разрушения с приложенными нагрузками. Цифровой анализ изображений дал возможность изучить, из каких частиц сложена порода и вынесенный из нее песок.
Эксперименты показали, что порода неоднородна по прочности. Для скважины это означает, что разрушение начинается в найденных «уязвимых» точках — именно здесь раньше всего начинается разрушение. Физическое моделирование также позволило определить величину безопасного перепада давлений, при котором стенки скважины еще сохраняют устойчивость.
Таким образом, благодаря комплексному подходу, объединившему геомеханические эксперименты и цифровые методы, ученые описали, как ведет себя порода вокруг скважин. Предложенный подход позволяет еще на этапе проектирования предсказывать поведение пород в местах добычи газа, выбирать безопасные режимы их разработки и подбирать эффективные средства борьбы с выносом песка в скважины.
Геомеханические исследования авторы провели на отечественном оборудовании с использованием оригинальных методик, что особенно важно для импортозамещения в области освоения газовых запасов арктического шельфа.
«Наше исследование вносит вклад в одну из ключевых проблем разработки арктических месторождений — обеспечение устойчивости скважин и контроль выноса песка в “слабых” породах. Полученные результаты помогут снизить риски аварий, связанных с обрушением стенок скважин и выходом из строя оборудования, что особенно важно для удаленных и труднодоступных объектов, где ремонт требует колоссальных затрат и времени. Полученные результаты — не финальная точка, а основа для следующего этапа. В рамках нового проекта РНФ мы уже приступили к развитию предложенного подхода, чтобы в дальнейшем обеспечить еще более точные научно обоснованные рекомендации для широкого спектра горно-геологических условий и режимов работы скважин», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Валерий Химуля, кандидат физико-математических наук, научный сотрудник лаборатории геомеханики Института проблем механики имени А.Ю. Ишлинского РАН.
Продолжить чтение...
Арктические месторождения газа часто сложены слабыми песчаниками, которые легко разрушаются при добыче. Когда из скважины отбирают газ, давление в продуктивном пласте месторождения оказывается выше, чем внутри скважины. За счет этой разницы газ поступает в скважину, но одновременно возрастают напряжения, действующие на ее стенках. В результате при определенных условиях происходит разрушение породы и вынос образовавшегося песка и обломков в скважину. Это приводит к авариям, износу подземного и наземного оборудования, систем сбора и подготовки газа, а также необходимости очистки газа от примесей и вынесенных твердых частиц.
До сих пор точно предсказать, при каких нагрузках начинается разрушение, было сложно: стандартные испытания не позволяли воспроизвести реальные неравномерные напряжения, которые возникают на стенках скважины.
Ученые из Института проблем механики имени А.Ю. Ишлинского РАН (Москва) воспроизвели в лаборатории точную «геометрию» напряжений, которые возникают на стенках газовых скважин. Для этого специалисты исследовали образцы пород-песчаников из месторождения в российской Арктике с помощью нескольких методов.
Авторы изучили образцы на уникальной установке истинно трехосного нагружения, позволяющей создавать в кубических образцах породы реальные напряжения, которые возникают на стенке скважины при изменении давления в ней.
Дополнительно исследователи провели эксперименты с образцами, в центре которых просверлили сквозное отверстие: таким образом изучали, как происходит вынос песка из породы в скважину, а также измеряли объем и размеры его частиц. Оказалось, что из пласта выносятся не только отдельные зерна (средний размер около 0,08 миллиметров), но и фрагменты породы размером до 0,35 миллиметров. На основе этих данных ученые подобрали оптимальный размер набивки фильтров, которые устанавливаются внутри скважины, чтобы надежно удерживать как отдельные зерна, так и более крупные обломки.
До и после испытаний образцы сканировали на высокоразрешающем микротомографе. Полученные с его помощью 3D-двойники реальных образцов позволили увидеть внутреннюю структуру породы, проследить, как зарождаются и в каких направлениях растут трещины, и сопоставить геометрию разрушения с приложенными нагрузками. Цифровой анализ изображений дал возможность изучить, из каких частиц сложена порода и вынесенный из нее песок.
Эксперименты показали, что порода неоднородна по прочности. Для скважины это означает, что разрушение начинается в найденных «уязвимых» точках — именно здесь раньше всего начинается разрушение. Физическое моделирование также позволило определить величину безопасного перепада давлений, при котором стенки скважины еще сохраняют устойчивость.
Таким образом, благодаря комплексному подходу, объединившему геомеханические эксперименты и цифровые методы, ученые описали, как ведет себя порода вокруг скважин. Предложенный подход позволяет еще на этапе проектирования предсказывать поведение пород в местах добычи газа, выбирать безопасные режимы их разработки и подбирать эффективные средства борьбы с выносом песка в скважины.
Геомеханические исследования авторы провели на отечественном оборудовании с использованием оригинальных методик, что особенно важно для импортозамещения в области освоения газовых запасов арктического шельфа.
«Наше исследование вносит вклад в одну из ключевых проблем разработки арктических месторождений — обеспечение устойчивости скважин и контроль выноса песка в “слабых” породах. Полученные результаты помогут снизить риски аварий, связанных с обрушением стенок скважин и выходом из строя оборудования, что особенно важно для удаленных и труднодоступных объектов, где ремонт требует колоссальных затрат и времени. Полученные результаты — не финальная точка, а основа для следующего этапа. В рамках нового проекта РНФ мы уже приступили к развитию предложенного подхода, чтобы в дальнейшем обеспечить еще более точные научно обоснованные рекомендации для широкого спектра горно-геологических условий и режимов работы скважин», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Валерий Химуля, кандидат физико-математических наук, научный сотрудник лаборатории геомеханики Института проблем механики имени А.Ю. Ишлинского РАН.
Продолжить чтение...